15 примеров вопросов, сформулированных в соответствии с принципами Блэка.
1. Лед массой 0,2 кг смешивают с теплым чаем массой 0,2 кг. Температура льда = –10 ° C, температура теплого чая = 40 ° C. Удельная теплоемкость льда = 2100 Дж/кг °C , удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/кг °C , теплота плавления воды = 334 000 Дж/кг. Если лед и теплый чай смешиваются в изолированной замкнутой системе, определите конечную температуру смеси.
Обсуждение
Известен :
Масса льда (м³) = 0,2 кг
Масса теплой чайной воды (m чай) = 0,2 кг
Удельная теплоемкость воды (°C воды) = 4180 Дж/кг°Co
Удельная теплоемкость льда (°C) = 2100 Дж/кг°Co
Теплота плавления воды (л)f вода) = 334 000 Дж/кг
Температура льда (T es) = -10oC
Температура воды для заваривания чая (T tea) = 40oC
Задан вопрос : конечная температура смеси (Т смеси) ?
Джаваб :
Первый шаг: оценить конечное состояние.
Количество тепла, которое должно выделиться при нагревании воды, чтобы понизить температуру 0,2 кг теплого чая с 40°C.oC до 0oC:
Теплота, поглощенная 0,2 кг льда, приводит к повышению его температуры с -10°C.oC до 0oC:
Тепло, поглощенное для растопления 0,2 кг льда (тепло, необходимое для превращения всего льда в воду):
На основании приведенных выше расчетов были получены следующие результаты:
Выделенная энергия Q = 33,444 кДж
Полученное значение Q = 4,2 кДж
Q плавления = 66,8 кДж
Когда горячий чай выделяет 33,44 кДж тепла, его температура изменяется с 40°C до 0°C. Часть выделившегося тепла (около 4,2 кДж) используется для повышения температуры льда с -10°C до 0°C . 33,44 кДж – 4,2 кДж = 29,24 кДж. Для того чтобы растопить весь лед и превратить его в воду, требуется 66,8 кДж тепла. Оставшееся тепло составляет 29,24 кДж.
Можно сделать вывод, что тепло, выделяемое горячим чаем, используется только для повышения температуры льда с -10 ° C до 0 ° C и для его растапливания. Часть льда превратилась в воду, а часть — нет. В процессе перехода из твердого состояния в жидкое температура не изменяется. Следовательно, конечная температура смеси составляет 0 ° C.
2. Масса горячего чая = 0,4 кг, масса льда = 0,2 кг, температура кубиков льда = -10°C.oТемпература горячего чая = 90 °C.oC. Если оба вещества смешать, какова будет конечная температура смеси?
Обсуждение
Первый шаг: оценить конечное состояние.
Количество тепла, которое должно выделиться при нагревании воды, чтобы понизить температуру 0,4 кг горячего чая с 90°C.oC до 0oC:
Количество тепла, полученное 0,2 кг льда для повышения его температуры с -10°C.oC до 0oC:
Количество теплоты, необходимое для растопления 0,2 кг льда (количество теплоты, необходимое для превращения всего льда в воду):
На основании приведенных выше расчетов были получены следующие результаты:
Выделенная энергия Q = 150,48 кДж
Полученное значение Q = 4,2 кДж
Q плавления = 66,8 кДж
Когда горячий чай выделяет 150,48 кДж тепла, его температура изменяется с 90°C до 0°C. Часть выделившегося тепла (4,2 Дж) используется для повышения температуры льда с -10°C до 0°C. 150,48 кДж – 4,8 кДж = 146,28 кДж. Оставшееся тепло = 146,28 кДж.
Для того чтобы растопить весь лед и превратить его в воду, требуется всего 66,8 кДж. 146,28 кДж – 66,8 кДж = 79,48 кДж. Горячему чаю не нужно отдавать все свое тепло, пока его температура не опустится до 0.oВ заключение, конечная температура смеси должна быть выше 0.oC.
Второй шаг: определить конечную температуру (Т).
Количество теплоты, необходимое для повышения температуры льда с -10°C.oC до 0oC равно 4200 Дж.
Теплота, необходимая для того, чтобы растопить весь лед и превратить его в воду (скрытая теплота) = 66 800 Дж
Количество теплоты, необходимое для повышения температуры воды (воды, образовавшейся в результате таяния всего льда) от 0°C.oС к ТoC = (масса льда)(удельная теплоемкость воды)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Тепло, выделяемое теплым чаем для понижения его температуры с 90°C до T, равно (плотность воды)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T

3. 60 граммов воды при температуре 90 ° C (удельная теплоемкость воды = 1 кал· г⁻¹ · ° C⁻¹ ) смешивают с 40 граммами аналогичной воды при температуре 25 ° C . Если нет других факторов, влияющих на этот процесс, то конечная температура смеси составляет...
15,4 oC
Б. 23,0 oC
С. 46,0 oC
Д. 64,0 oC
E. 77,0 oC
Обсуждение
Известен :
Масса воды 1 (м)1) = 60 грамм
Температура воды 1 (Т)1) = 90oC
Масса воды 2 (м)2) = 40 грамм
Температура воды 2 (Т)2) = 25oC
Удельная теплоемкость вода (с) = 1 кал.г-1.oC-1
Задан вопрос : Suhu финальный микс
Джаваб :
Выделяемое тепло при высокой температуре воды (выделяемое тепло) равно теплу, поглощаемому водой при низкой температуре (поглощаемое тепло).
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60Т = 40Т – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100Т
Т = 6400/100
T = 64oC
Правильный ответ — D.
4. Кусок алюминия имеет массу 500 грамм и температуру 30°C. oВ сосуд, содержащий воду массой 200 грамм и температурой 90°C, помещают частицу С. oC. Если известно, что удельная теплоемкость алюминия составляет 0,22 кал/г Co Удельная теплоемкость воды составляет 1 кал/г °C.oТогда конечная температура воды и алюминия составит...
20,3 oC
Б. 42,2 oC
С. 68,7 oC
Д. 80,5 oC
E. 100 oC
Пембахасан:
Единицу массы, граммы (г), не нужно переводить в килограммы (кг), поскольку удельная теплоемкость алюминия и удельная теплоемкость воды выражаются в кал/г °C.o.
Известен :
м алюминия = 500 грамм
концентрация алюминия = 0,22 кал/гСo
Т алюминия = 30 oC
м воды = 200 грамм
c воды = 1 кал/гCo
Температура воды = 90 oC
Задан вопрос :
Конечная температура (Т) воды и алюминия?
Джаваб :
Формула теплоты : Q = (m)(c)(ΔT)
Q воды = = (200 грамм)(1 кал/гC)o) (90 oС – Т)
Q алюминия = (500 грамм)(0,22 кал/гC)o)(Т– 30 oC)
Основная формула Блэка : Q высвобождено = Q поглощено
Вода имеет более высокую начальную температуру (90). oC) так что вода выделяет тепло, алюминий имеет более низкую начальную температуру (30) oC) чтобы алюминий поглощал тепло. Конечная температура смеси воды и алюминия должна быть ниже начальной температуры воды и выше начальной температуры алюминия.
(200 грамм)(1 кал/гСo) (90 oC – T) = (500 грамм)(0,22 кал/г C)o)(Т– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 Т = 110 Т – 3300
18000 + 3300 = 110 Т + 200 Т
21300 = 310 Т
T = 68,7 oC
Конечная температура соединения воды и алюминия составляет 68,7 °C. oC.
Правильный ответ — C.
5. Кусок металла массой 300 грамм при температуре 80°C. oС погружен в 200 грамм воды при температуре 40°C. oC. Удельная теплоемкость воды = 1 кал/г CoЕсли конечная температура смеси металла и воды составляет 50 °C, то...o Если контейнер не поглощает тепло, то удельная теплоемкость металла равна…
А. 0,15 кал/г Сo
B. 0,22 кал/г Co
С. 1,50 кал/г Сo
D. 4,8 кал/г Co
Е. 7,2 кал/г Сo
Пембахасан:
Известен :
масса металла = 300 грамм
T металл = 80 oC
м воды = 200 грамм
Температура воды = 40 oC
c воды = 1 кал/г Co
T — конечная концентрация металла и воды = 50 oC
Задан вопрос :
металл?
Джаваб :
Q металла = (m)(c)(дельта Т) = (300 грамм)(c металла)(80oС - 50oC) = (300 грамм)(c металла)(30 C)o)
Q воды = (m)(c)(дельта T) = (200 грамм)(1 кал/г C)o) (60oС - 50oC) = (200 грамм)(1 кал/г C)o)(10 Co)
Основная формула Блэка : Q высвобождено = Q поглощено
Металл имеет более высокую начальную температуру (80). oC) так что металл выделяет тепло, вода имеет более низкую начальную температуру (40) oC) чтобы вода поглощала тепло.
(300 грамм)(c металл)(30 C)o) = (200 грамм)(1 кал/г C)o)(10 Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 с = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 кал/г Co
Удельная теплоемкость металла составляет 0,22 кал/г °C.o.
Правильный ответ — B.
6. Два одинаковых шара имеют одинаковую температуру 40°C. oВ задаче C два шара имеют массы 10 граммов и 40 граммов соответственно. Оба шара помещены в жидкость, так что температура обоих шаров повышается до 60°C.oC. Если удельная теплоемкость шара составляет 2 кал/г Co Если 1 калория = 4,2 Джоуля, то разница в количестве теплоты, поглощенной каждым шариком, составляет...
А. 5,04 x 103 Джоуль
B. 7,50 x 103 Джоуль
С. 10,6 x 103 Джоуль
D. 40 x 103 Джоуль
Е. 42 x 103 Джоуль
Пембахасан:
Известен :
m1 = 10 грамм
m2 = 40 грамм
T1 = Т2 = 40 oC
T ахир = 60 oC
c мяч = 2 кал/г Co
Задан вопрос :
Какова разница в количестве тепла, поглощенного каждым шариком?
Джаваб :
Температура обоих шаров повышается, потому что оба шара должны поглотить тепло.
Q1 = (10 г)(2 кал/г C)o) (60oС–40oC) = (10 гр)(2 кал/гр C)o)(20 Co) = 400 кал = (400)(4,2 Дж) = 1680 Джоулей
Q2 = (40 г)(2 кал/г C)o) (60oС–40oC) = (40 гр)(2 кал/гр C)o)(20 Co) = 1600 кал = (1600)(4,2 Дж) = 6720 Джоулей
Разница в количестве тепла, поглощенного каждым шариком:
6720 Дж – 1680 Дж = 5040 Дж = 5,04 х 103 J
Правильный ответ — А.
7. Вода массой 200 грамм при температуре 30°C смешивается с кипящей водой массой 100 грамм при температуре 90°C. (Удельная теплоемкость воды = 1 кал·грамм⁻¹· ° C⁻¹ ) . Температура смешанной воды в момент достижения теплового равновесия равна…
А. 10 ° С
Б. 30 ° С
С. 50 XNUMX ° С
D. 75 ° C
E. 150°C
Обсуждение
Известно, что :
Масса воды 1 (м² ) = 200 грамм
Температура воды 1 (T 1 ) = 30 ° C
Масса воды 2 (м² ) = 100 грамм
Температура воды 2 (T 2 ) = 90 ° C
Удельная теплоемкость воды (°C) = 1 кал· грамм⁻¹ ° C⁻¹
Вопрос : конечная температура смеси
Отвечать :
Выделяемое тепло при высокой температуре воды (выделяемое тепло) равно теплу, поглощаемому водой при низкой температуре (поглощаемое тепло).

Правильный ответ — C.
8. 60 граммов воды при температуре 90 ° C (удельная теплоемкость воды = 1 кал· г⁻¹ · ° C⁻¹ ) смешивают с 40 граммами аналогичной воды при температуре 25 ° C . Если нет других факторов, влияющих на этот процесс, то конечная температура смеси составляет...
А. 15,4 ° C
В. 23,0 ° C
C. 46,0 ° C
Д. 64,0 ° С
Е. 77,0 ° C
Обсуждение
Известно, что :
Масса воды 1 (м² ) = 60 грамм
Температура воды 1 (T 1 ) = 90 ° C
Масса воды 2 (м² ) = 40 грамм
Температура воды 2 (T 2 ) = 25 ° C
Удельная теплоемкость воды (°C) = 1 кал · г⁻¹ · ° C⁻¹
Вопрос : конечная температура смеси
Отвечать :
Выделяемое тепло при высокой температуре воды (выделяемое тепло) равно теплу, поглощаемому водой при низкой температуре (поглощаемое тепло).

Правильный ответ — D.
9. Лед массой M грамм при температуре 0 ° C помещают в воду массой 340 грамм при температуре 20 ° C, которая находится в специальном сосуде. Предположим, что сосуд не поглощает и не выделяет тепло. Если L льда = 80 кал/г , c воды = 1 кал/г при температуре ° C , весь лед тает, и тепловое равновесие достигается при температуре 5 ° C, тогда масса льда (M) равна...
А. 60 грамм
В. 68 грамма
С. 75 грамм
Д. 80 грамма
Е. 170 грамма
Обсуждение
Известно, что :
Масса воды (м) = 340 грамм
Температура льда (T es ) = 0 ° C
Температура воды (T воды ) = 20 ° C
Температура теплового равновесия (Т) = 5 ° C
Теплота плавления льда (л льда ) = 80 кал/ г
Удельная теплоемкость воды (°C воды ) = 1 кал· г⁻¹ · ° C⁻¹
Вопрос : Масса льда (М)
Отвечать :
Принцип Блэка гласит, что в изолированной замкнутой системе количество тепла, выделяемого объектом с высокой температурой, равно количеству тепла, поглощаемого объектом с низкой температурой.
Выделенное водой тепло (выделенное Q) = поглощенное льдом тепло (поглощенное Q)

Правильный ответ — А.
Примечание:
Если указано, что лед находится при температуре 0 °C , то вода все еще находится в твердом состоянии. Если указано, что вода находится при температуре 0 ° C, то вода находится в жидком состоянии. Разграничьте использование слов «лед» и «вода». Поскольку вода все еще находится в твердом состоянии, или в виде льда, поглощенное тепло сначала используется для того, чтобы растопить весь лед и превратить его в воду, поэтому в правой части приведенного выше уравнения добавляется формула для расчета количества тепла, необходимого для растопления льда (м ес ≤ ес ). После того, как весь лед растает и превратится в воду, дополнительное тепло используется для повышения температуры льда с 0 ° C до 5 ° C.
10. Медь массой 128 грамм и температурой 30 ° C помещают в воду. Удельная теплоемкость воды составляет 1 кал· г⁻¹· ° C⁻¹ , а удельная теплоемкость меди — 0,1 кал· г⁻¹· °C⁻¹ . Если тепловое равновесие достигается при температуре 36 ° C , то масса металла равна…
А. 140 грамм
В. 120 грамма
С. 100 грамм
Д. 80 грамма
Е. 75 грамма
Обсуждение
Известно, что:
Температура меди (T 1 ) = 100 ° C
Удельная теплоемкость меди (c 1 ) = 0,1 кал·г⁻¹ · ° C⁻¹
Масса воды (м² ) = 128 грамм
Температура воды (T 2 ) = 30 ° C
Удельная теплоемкость воды (°C ) = 1 кал·г⁻¹ · ° C⁻¹
Температура теплового равновесия (Т) = 36 ° C
Вопрос: Масса меди ( м1 )
Джаваб:
Принцип Блэка гласит, что количество тепла, выделяемого объектом с высокой температурой, равно количеству тепла, получаемого объектом с низкой температурой.

Правильный ответ — B.
11. Три килограмма черного свинцового стержня с удельной теплоемкостью 1400 Дж· кг⁻¹· °C⁻¹ при температуре 80 ° C погружают в 10 кг воды с удельной теплоемкостью 4200 Дж·кг⁻¹ · °C⁻¹ . После достижения теплового равновесия конечная температура смеси составляет 20 ° C. Начальная температура воды равна…
А. 20 ° C
В. 18 ° C
C. 14 ° C
Д. 12 ° С
Е. 10 ° C
Обсуждение
Известно, что:
Масса свинца (м1 ) = 3 кг
Удельная теплоемкость олова (c 1 ) = 1400 Дж·кг⁻¹ · ° C⁻¹
Температура олова (T 1 ) = 80 ° C
Масса воды (м² ) = 10 кг
Удельная теплоемкость воды (c₂ ) = 4200 Дж·кг⁻¹ · ° C⁻¹
Температура теплового равновесия (Т) = 20 ° C
Требуется: Начальная температура воды (T 2 )
Джаваб:

Правильный ответ — C.
12. Монета массой 50 грамм нагревается до температуры 85 ° C, затем погружается в сосуд, содержащий 50 грамм воды при температуре 29,8 ° C (удельная теплоемкость воды = 1 кал· г⁻¹ · ° C⁻¹ ). Если конечная температура системы составляет 37 ° C и предположить, что теплопередача в сосуде не изменяется, то удельная теплоемкость металла равна...
А. 0,12 кал.г⁻¹ . ° C⁻¹
B. 0,30 кал.г -1 . o C -1
С. 1,50 кал.г -1 . o C -1
D. 4,8 кал.г -1 . o C -1
Е. 7,2 кал.г⁻¹ . ° C⁻¹
Обсуждение
Известно, что:
Масса монеты (m) = 50 грамм
Начальная температура монеты (T 1 ) = 85 ° C
Масса воды (м) = 50 грамм
Начальная температура воды (T₂ ) = 29,8 ° C
Удельная теплоемкость воды = 1 кал · г⁻¹ · ° C⁻¹
Конечная температура системы (T) = 37 ° C
Вопрос: Удельная теплоемкость металла (с)
Джаваб:
Принцип Блэка гласит, что количество выделяемого тепла равно количеству поглощаемого тепла. Монета выделяет тепло, а вода поглощает его до достижения теплового равновесия.
Все единицы измерения указаны в граммах, поэтому нет необходимости переводить единицы измерения.
Высвободившееся Q = Поглощенное Q
m металла c ΔT = m воды c ΔT
(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(50)(c)(48) = (50)(7,2)
(c)(48) = 7,2
c = 7,2 / 48
c = 0,15 кал · г⁻¹ . o C⁻¹
13. Медь массой 128 грамм и температурой 30 °C помещают в воду. Удельная теплоемкость воды составляет 1 кал· г⁻¹· °C⁻¹ , а удельная теплоемкость меди — 0,1 кал· г⁻¹ · ° C⁻¹ . Если тепловое равновесие достигается при температуре 36 ° C, то масса металла равна…
А. 140 грамм
В. 120 грамма
С. 100 грамм
Д. 80 грамма
Е. 75 грамма
Обсуждение
Известно, что:
Температура меди (Т)1) = 100 oC
Удельная теплоемкость меди (°C)1) = 0,1 кал.г-1 oC-1
Масса воды (м³)2) = 128 грамм
Температура воды (Т)2) = 30 oC
Удельная теплоемкость воды (°C)2) = 1 кал.г-1 oC-1
Температура теплового равновесия (Т) = 36 oC
Вопрос: Масса меди (м1)
Джаваб:
Принцип Блэка гласит, что количество тепла, выделяемого объектом с высокой температурой, равно количеству тепла, получаемого объектом с низкой температурой.
Q меди = Q воды
m1 c1 ΔT = м2 c2 Delta; t
(m1)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m1)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m1)(6,4) = 768
m1 = 768 / 6,4
m1 = 120
Масса меди составляет 120 граммов.
Правильный ответ — B.
14. Три килограмма черного свинцового стержня с удельной теплоемкостью 1400 Дж· кг⁻¹· °C⁻¹ при температуре 80 ° C погружают в 10 кг воды с удельной теплоемкостью 4200 Дж·кг⁻¹ · °C⁻¹ . После достижения теплового равновесия конечная температура смеси составляет 20 ° C. Начальная температура воды равна…
20 oC
Б. 18 oC
С. 14 oC
Д. 12 oC
E. 10 oC
Обсуждение
Известно, что:
Масса свинца (м)1) = 3 кг
Удельная теплоемкость олова (°C)1) = 1400 Дж·кг-1 C-1
Температура олова (Т)1) = 80 oC
Масса воды (м³)2) = 10 кг
Удельная теплоемкость воды (°C)2) = 4200 Дж·кг-1 C-1
Температура теплового равновесия (Т) = 20 oC
Требуется: Начальная температура воды (T)2)
Джаваб:
Q освобождено = Q получено
Q олово = Q вода
m1 c1 ΔT = м2 c2 Delta; t
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 Т
42 000 Т = 840 000 – 252 000
42.000 Т = 588.000
Т = 588.000/42.000
T = 14
Начальная температура воды составляет 14°C.oC.
Правильный ответ — C.
15. Лед массой M грамм при температуре 0 ° C помещают в воду массой 340 грамм при температуре 20 ° C, которая находится в специальном сосуде. Предположим, что сосуд не поглощает и не выделяет тепло. Если L льда = 80 кал/г , c воды = 1 кал/г при температуре ° C , весь лед тает и достигается тепловое равновесие при температуре 5 ° C, тогда масса льда (M) равна...
А. 60 грамм
В. 68 грамма
С. 75 грамм
Д. 80 грамма
Е. 170 грамма
Обсуждение
Известен :
Масса воды (м) = 340 грамм
Температура льда (Т)es) = 0oC
Suhu вода (Т)воздух) = 20oC
Температура теплового равновесия (Т) = 5oC
Теплота плавления льда (л)es) = 80 кал г-1
Удельная теплоемкость воды (°C)воздух) = 1 кал г-1 oC-1
Задан вопрос Масса льда (М)
Джаваб :
Принцип Блэка Утверждается, что в изолированной замкнутой системе количество тепла, выделяемого объектом с высокой температурой, равно количеству тепла, поглощаемого объектом с низкой температурой.
Выделенное водой тепло (выделенное Q) = поглощенное льдом тепло (поглощенное Q)
mвоздух cвоздух (Т) = мes Les + мes cвоздух (Т)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85М
М = 5100/85
М = 60 грамм
Правильный ответ — А.
Примечание:
Если утверждается, что температура льда равна 0o тогда вода все еще находится в твердом состоянии. Если указано, что температура воды равна 0.oВ этом случае вода находится в жидком состоянии. Разграничьте использование слов «лёд» и «вода». Поскольку вода всё ещё находится в твёрдом состоянии или в виде льда, тепло, поглощенное сначала, используется для того, чтобы растопить весь лёд и превратить его в воду. Поэтому в правой части приведённого выше уравнения добавляется формула для расчёта количества тепла, необходимого для растопления льда (м).es LesПосле того, как весь лед растает и превратится в воду, дополнительное тепло используется для повышения температуры льда от 0°C.oC становится 5oC.
Источник вопроса:
Вопросы по физике для национального экзамена в старших классах средней школы/профессионального училища.